Luận văn Cơ sở lý thuyết của phản ứng kết hợp hòa tan

TR NG Đ I H C CÔNG NGHI P TPHCMƯỜ Ạ Ọ Ệ KHOA: VI N CÔNG NGH SINH H C VÀ TH C PH MỆ Ệ Ọ Ự Ẩ Môn : phân tích th c ph mự ẩ GVHD: Lê Nh t Tâmấ Đ Tài : C S LÝ THUY T C A PH N NG K T T A HÒA TANề Ơ Ở Ế Ủ Ả Ứ Ế Ủ Sinh Viên Th c Hi n :ự ệ 1.Tr n Ninh Đi nầ ề 2.Tr n H i Namầ ả 3.Ph m Duy Bìnhạ 4.Hoàng Tr n Kiênầ 5.Nguy n Th Vũễ ế 6.Bùi Th Nhàiị 7.Nguy n Th Di m Tiênễ ị ễ L p: CDTP 10ớ C S LÝ THUY T C A PH N Ơ Ở Ế Ủ Ả NG K T T A HÒA TANỨ Ế Ủ • Đ NH NGHĨA V PH N NG K T T AỊ Ề Ả Ứ Ế Ủ • ĐI U KI N T O THÀNH K T T A – TÍCH Ề Ệ Ạ Ế Ủ S TANỐ • QUAN H GI A Đ TAN VÀ TÍCH S TANỆ Ữ Ộ Ố • CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ TAN Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ C A K T T A Ủ Ế Ủ I.Đ NH NGHĨA V PH N NG K T T AỊ Ề Ả Ứ Ế Ủ Ph n ng k t t a là ph n ng t o thành ch t r n khó tan ả ứ ế ủ ả ứ ạ ấ ắ t các ch t tan trong n c,ch t r n đó g i là k t t a ừ ấ ướ ấ ắ ọ ế ủ II.ĐI U KI N T O THÀNH K T T A – Ề Ệ Ạ Ế Ủ TÍCH S TANỐ Khi thêm dung d ch natri clorua (NaCl) vào dung d ch b c nitrat (AgNOị ị ạ 3) thì ion Ag+ s tác đ ng ion Cl- t o thành AgCl ít tan tách ra kh i dung ẽ ộ ạ ỏ d ch. ị 33 NaNOAgClNaClAgNO +=+ ↓ không tham gia ph n ng k t t a nên v n còn ả ứ ế ủ ẫ l i trong dung d ch . Ph ng trình vi t d i d ng ion nh sau :ạ ị ươ ế ướ ạ ư Các ion −+ 3NOvàNa −+−+−+ ++↓→+++ 33 NONaAgClClNaNOAg Do đó ng i ta th ng ch vi t d i d ng rút g n :ườ ườ ỉ ế ướ ạ ọ ↓⇔+ −+ AgClClAg Ph n ng t o thành k t t a là ph n ng thu n ngh ch nên trong ph ng ả ứ ạ ế ủ ả ứ ậ ị ươ trình ph n ng th ng vi t b ng hai mũi tên ng c chi u :ả ứ ườ ế ằ ượ ề ↓⇔+ −+ AgClClAg Chi u c a ph n ng t o thành k t t a g i là ph n ng t o thành k t ề ủ ả ứ ạ ế ủ ọ ả ứ ạ ế t a , chi u ng c l i là ph n ng hoà tan k t t a .ủ ề ượ ạ ả ứ ế ủ II.ĐI U KI N T O THÀNH K T T A – Ề Ệ Ạ Ế Ủ TÍCH S TANỐ Đ u tiên t c đ ph n ng k t t a (Vầ ố ộ ả ứ ế ủ kt) l n h n t c đ ph n ng hoà tan (Vớ ơ ố ộ ả ứ ht) nên k t t a AgCl ti p t c đ c t o thành . Nh ng d n d n Vế ủ ế ụ ượ ạ ư ầ ầ kt gi m v à Vả ht tăng . Khi hai t c d Vố ộ kt và Vht b ng nhau thì k t t a AgCl không k t t a thêm ằ ế ủ ế ủ và h đ t đ c tr ng thái cân b ng.ệ ạ ượ ạ ằ ↓⇔+ −+ AgClClAg T c d k t t a Vố ộ ế ủ kt t l thu n v i b m t S c a k t t a ti p xúc v i dung d ch , v i ỉ ệ ậ ớ ề ặ ủ ế ủ ế ớ ị ớ n ng đ các ion Ag+ và Cl - ồ ộ SClAgKVkt ].].[.[1 −+ = Còn t c đ hoà tan t l thu n v i b m t S c a k t t a.ố ộ ỉ ệ ậ ớ ề ặ ủ ế ủ Vht = Ks.S Khi cân b ng đ t đ c: Vằ ạ ượ kt = Vht SKSClAgK .].].[.[ 21 = −+ [ ] [ ] AgClTClAg =+ (K1,K2 là h ng s )ằ ố II.ĐI U KI N T O THÀNH K T T A – Ề Ệ Ạ Ế Ủ TÍCH S TANỐ Khi t c đ hoà tan b ng t c đ k t t a thì k t t a không tao thành thêm ố ộ ằ ố ộ ế ủ ế ủ n a,lúc đó dung d ch đ c g i là dung d ch b o hoà . Bi u th c (a) cho ta th y ữ ị ượ ọ ị ả ể ứ ấ r ng trong dung dich bão hoà c a AgCl m t n ng đ xác đ nh,tích s n ng ằ ủ ở ộ ồ ộ ị ố ồ đ c a các ion Ag+ và Cl- là m t h ng s .h ng s g i là tích s tan c a AgCl ộ ủ ộ ằ ố ằ ố ọ ố ủ và kí hi u là Tệ AgCl . Tr ng h p t ng quát đ i v i k t t a có công th c chung là AmBn thì tích s ườ ợ ổ ố ớ ế ủ ứ ố tan là: TAmBn = [A]m[B]n II.ĐI U KI N T O THÀNH K T T A – Ề Ệ Ạ Ế Ủ TÍCH S TANỐ Thí d :ụ Tích s tan c a AgI là 8.3.10ố ủ -17 nghĩa là : [Ag+].[Cl-] = 8.3.10-17 khi dung d ch bão hòa AgIị . Tích s tan c a Baố ủ 3(PO4)2 b ng 6.03.10ằ -39 nghĩa là: [Ba2+].[PO43-] =6.03.10-39 khi dung d ch bão hòa Baị 3(PO4)2 Bi u th c nói lên qui lu t g i là qui lu t tích s tanể ứ ậ ọ ậ ố + Khi T> [A]m . [B]n thi thì t c đ hoà tan l n h n t c đ k t t a A và B không ố ộ ớ ơ ố ộ ế ủ k t h p đ c v i nhau,k t t a không t o thành.dung d ch tr ng thái đó g i là ế ợ ượ ớ ế ủ ạ ị ở ạ ọ dung d ch ch a bão hoà.ị ư + Khi T= [A]m. [B]n thì t c đ hoà tan b ng t c đ k t t a, k t t a không tan ra ố ộ ằ ố ộ ế ủ ế ủ thêm mà cũng không t o thành thêm.dung dich khi y g i là dung d ch bão ạ ấ ọ ị hoà. + Khi T< [A]m . [B]n thì t c đ k t t a l n h n t c đ hoà tan, A và B s hoá ố ộ ế ủ ớ ơ ố ộ ẽ h p v i nhau đ t o thành AmBn cho đ n khi T=[A]m [B]n. dung dich g i là ợ ớ ể ạ ế ọ dung dich quá bão hoà. III.QUAN H GI A Đ TAN VÀ TÍCH S Ệ Ữ Ộ Ố TAN Đ tan c a m t ch t là n ng đ c a ch t đó trong dung d ch bão ộ ủ ộ ấ ồ ộ ủ ấ ị hoà. Đ i v i các ch t khó tan ,ng i ta th ng bi u di n n ng đ đó ố ớ ấ ườ ườ ể ể ồ ộ b ng s mol phân t hay s mol trong 1 lít dung d ch.ằ ố ử ố ị Tích s tan nh đã bi t, là tích s n ng đ các ion trong dung d ch ố ư ế ố ồ ộ ị bão hoà. Tích s tan là h ng s không ph thu c vào n ng đ ion ch ố ằ ố ụ ộ ồ ộ ỉ ph thu c vào nhi t đ còn đ tan ph thu c vào n ng đ và nhi u ụ ộ ệ ộ ộ ụ ộ ồ ộ ề y u t khác.ế ố Đ tan và tích s tan đ u là các đ i l ng đ c tr ng cho dung d ch ộ ố ề ạ ượ ặ ư ị bão hoà nên có th tính tích s tan t đ tan ho c ng c l i.ể ố ừ ộ ặ ượ ạ III.QUAN H GI A Đ TAN VÀ TÍCH S Ệ Ữ Ộ Ố TAN Thí dụ: Tính tích s tan c a Caố ủ 3(PO4)2 trong n c bi t T Caướ ế 3(PO4)2 = 10-32.5 Ca3(PO4)2 ⇔ 3 Ca2+ +2PO43- ( ) [ ] [ ]23432 .243 POCaT POCA += G i đ tan c a nó là S thì: ọ ộ ủ [Ca2+] = 3.S và [PO43-] = 2.S V yậ ( ) =243 POCAT (3.s)3.(2.s)2=33.22.s5 S = 23 5,32 23 )( 2.3 10 2.3 243 − = POCaT LgS= 5 1 (-32,5-3lg3-2lg2)=-6,9 S=1,3.10-7M S = T ng quát v i k t t a Aổ ớ ế ủ mBn, ta có: nn BA nm T nm nm . + IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ Trong th c t ph n ng k t t a th ng ti n hành trong dung d ch ch a nhi u ự ế ả ứ ế ủ ườ ế ị ứ ề ion khác ngoài ion c a k t t a,các ion này có th tác d ng v i ion k t t a do đó ủ ế ủ ể ụ ớ ế ủ nh h ng đ n đ tan c a k t t a.ả ưở ế ộ ủ ế ủ 1. nh h ng c a các ion chungẢ ưở ủ ion chung là ion có tham gia vào thành ph n c a k t t aầ ủ ế ủ IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ Ví d :ụ Tính đ tan c a chì sun-phát (PbSO4) trong n c nguyên ch t và trong dung ộ ủ ướ ấ d ch Hị 2SO4 10-2 M.bi t T ế PbSO4=1,6.10-8 Đ tan PbSOộ 4 trong n c nguyên ch t:ướ ấ PbSO4=Pb2++SO42- G i đ tan là S ta có: S=ọ ộ 810.6,1 − =1,26.10-4 M Đ tan c a PbSOộ ủ 4 trong dung d ch Hị 2SO410-2M.G i đ tan c a PbSOọ ộ ủ 4 trong dung d ch này là S thì: [Pbị 2+] =S và [SO4 2-]= S+10-2 nh th : PbSOư ế 4 = Pb 2+ + SO4 2- S S+10-2 TPbSO4 = [Pb 2+].[SO4 2-] = S.(S+10-2) Gi s S<<10ả ử -2 thì TPbSO4 = S.10-2=1,6.10-8 ⇒ S=1,6.10-6 K t qu này cho th y gi thi t trên là đúng và nh v y đ tan c a PbSOế ả ấ ả ế ư ậ ộ ủ 4 trong H2SO4 10-2 M , trong n c nguyên ch t :1,66.10ướ ấ ‑4 /1,66.10-6 = 100 l n.ầ v y đ k t t a hoàn toàn 1 ion nào đó thì khi k t tùa ng i ta th ng dùng d thu c ậ ể ế ủ ế ườ ườ ư ố th vì trong thu c th có ch a ion chung và khi r a k t t a th ng dùng n c r a ử ố ử ứ ử ế ủ ườ ướ ử có ch a ion chung đ làm gi m đ tan c a k t t a.ứ ể ả ộ ủ ế ủ IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ 2. nh h ng c a ion HẢ ưở ủ + Đ tan c a k t t a t o thành b i các ion kim lo i v i anion c a g c axit m nh ộ ủ ế ủ ạ ở ạ ớ ủ ố ạ nh AgCl,AgI,BaSOư 4… nói chung ít thay đ i khi pH c a dung d ch thay đ i . ổ ủ ị ổ nh ng đ i v i các k t t a là mu i c a axít y u nh BaCOư ố ớ ế ủ ố ủ ế ư 3, NiS,FeS …thì tan nhi u trong dung d ch axít.ề ị N u có k t t a MAế ế ủ n mà A- là g c c a axít y u thì trong dung d ch có cân b ng:ố ủ ế ị ằ MAn=Mn+ + nA- (a) Và nA- + nH+ = nHA (b) N u g i đ tan c a k t t a MAế ọ ộ ủ ế ủ n là S thì: S=[Mn-] n.S=[A-]+[HA] T (b) ta có: Kừ a = ][ ]][[ HA HA +− [A-] = ][ ])[.( ][ ][ + − + − = H ASnK H HAK aa ][ . ++ = HK nSK a a T = [A-]n[Mn+] = S.     + +][ . HK nSK a a Rút ra S = n a n K H n Tn     ++ +][11 (**) IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ Thí d :ụ Tính đ tan c a CaFộ ủ 2 trong HCl 0.01M n u Kế HF=6.10-4 TCaF2=4.10-11 Theo (**) thì: n = 2 ; [H+]=10-2 nên: S = 2 4 2 2 11 10.6 101 2 10.43 − −−     + = 2,3.10-3 M Theo n c c t thì : S =ướ ấ 1110. 4 43 − rõ ràng trong HCl 0.01M thì CaF2 tan g p 10 l n trong n c c t.N u ấ ầ ướ ấ ế anion c a k t t a là g c c a m t đa axít thì:ủ ế ủ ố ủ ộ Khi A3-: S =     ++++ +++ 321 3 21 3 1 ][][][1.1 KKK H KK H K H n Tn n và v.v… = 2,9.10-4 M IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ Nh v y nó s làm cho n ng đ c a M trong dung d ch gi m xu ng và cân ư ậ ẽ ồ ộ ủ ị ả ố b ng s chuy n dich v phía ph i làm cho k t t a MA tan thêm. đ tan c a k t ằ ẽ ể ề ả ế ủ ộ ủ ế t a lúc đó tính theo công th c:ủ ứ Ngoài ra đ tan c a m t ch t còn ph thu c vào nhi t đ ,kích th c c a h t ộ ủ ộ ấ ụ ộ ệ ộ ướ ủ ạ k t t a…nh ng k t t a có h t nh thì tan nhi u h n nh ng k t t a có h t l n.ế ủ ữ ế ủ ạ ỏ ề ơ ữ ế ủ ạ ớ th ng k t t a không th tách ra d ng tinh khi t mà th ng có kèm theo tap ườ ế ủ ể ở ạ ế ườ ch t có l n trong dung d ch.khi t p ch t k t t a đ ng th i v i k t t a chính thì ấ ẩ ị ạ ấ ế ủ ồ ờ ớ ế ủ g i là c ng k t và khi t p ch t k t t a sau khi k t t a chính đ k t t a thì g i là ọ ộ ế ạ ấ ế ủ ế ủ ả ế ủ ọ k t t a sau .ế ủ Mu n thu đ c k t t a tinh khi t ta ph i làm gi m c ng k t c a k t t a,mu n ố ượ ế ủ ế ả ả ộ ế ủ ế ủ ố v y ta ph i tìm cách làm gi m b m t cua k t t a ,t c là t o đi u ki n cho k t ậ ả ả ề ặ ế ủ ứ ạ ề ệ ế t a t o thành có tinh th l n n u nh t p ch t k t t a trên b m t c a k t a ủ ạ ể ớ ế ư ạ ấ ế ủ ề ặ ủ ế ủ chính.trong tr ng h p t p ch t n m trong lòng k t t a thì ta làm gi m b t ch t ườ ợ ạ ấ ằ ế ủ ả ớ ấ c ng k t b ng cách k t tinh l i nhi u l nvì m i l n k t tinh l i l ng t p ch t ộ ế ằ ế ạ ề ầ ổ ầ ế ạ ượ ạ ấ s gi m d n.ẽ ả ầ 3. nh h ng c a ch t t o ph cẢ ưở ủ ấ ạ ứ IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ 4.K t t a phân đo nế ủ ạ N u trong dung d ch có ch a 2 hay nhi u ion có kh năng tao thành k t t a v i 1 ế ị ứ ề ả ế ủ ớ ion th 3,nh ng các k t t a đó có đ tan khác nhau nhi u thì khi thêm ion th 3 ứ ư ế ủ ộ ề ư vào dung d ch,các k t t a l n l t đ c tao thành.Hi n t ng đó g i là s k t t a ị ế ủ ầ ượ ượ ệ ượ ọ ự ế ủ phân đo n.ạ Thí d :ụ N u thêm dung d ch AgNOế ị 3 vào dung d ch chúa 2 mu i clorua(Clị ố -) và iođua(I-) khi có đ Agủ + thì đ u tiên AgI k t t a.Khi AgI k t t a hoàn toàn thì AgCl b t đ u k t ầ ế ủ ế ủ ắ ầ ế t a .Ta có th gi i thích hi n t ng đó nh sau:ủ ể ả ệ ượ ư TAgCl =10-10 ; TAgCl =10-16 Khi c hai mu i AgCl và AgI cùng k t t a trong dung d ch thì ta có :ả ố ế ủ ị [Ag+].[Cl-] = TAgCl =10-10 (a) [Ag+].[I-] = TAgCl =10-16 (b) Chia c hai v c a (a), (b) cho nhau ta có :ả ế ủ [Cl-].[I-] = 10-10/10-16 =106 Có nghiã là khi ion Cl- b t đ u tham gia tao k t t a AgCl thì n ng đ ion Iắ ầ ế ủ ồ ộ - trong dung d ch ch còn b ng 1 ph n tri u n ng đ c a ion Clị ỉ ằ ầ ệ ồ ộ ủ -.nh th khi AgCl b t đ u ư ế ắ ầ k t t a thì iođua th c t đã k t t a hoàn toàn.ế ủ ự ế ế ủ IV.CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ Ế Ố Ả ƯỞ Ế Ộ TAN C A K T T AỦ Ế Ủ 5.K t t a keoế ủ Có nhi u tr ng h p m t dù tích s ion đã v t quá tích s tan nh ng k t t a không ề ườ ợ ặ ố ượ ố ư ế ủ t o thành và l ng xu ng mà t o thành m t dung d ch g m nh ng h t nh l l ng trong ạ ắ ố ạ ộ ị ồ ư ạ ỏ ơ ử dung d ch ,dung d ch đó g i là dung d ch keo. Dung d ch keo khác v i dung d ch th c là ị ị ọ ị ị ớ ị ự nó đ c d i ánh sáng ph n chi u.các h t keo có kích th c l n h n các phân t dung ụ ướ ả ế ướ ớ ơ ử môi r t nhi u và chúng có kh năng khuy ch tán ánh sáng.Tuy v y kích th c c a các ấ ề ả ế ậ ướ ủ h t keo khá nh nên nó th ng l t qua gi y l c.ạ ỏ ườ ọ ấ ọ Nguyên nhân k t t a tr ng thái keo là do các h t k t t a tích đi n.ế ủ ở ạ ạ ế ủ ệ Thí d , n u thêm d AgNOụ ế ư 3 vào NaCl thì các h t k t t a AgCl s h p th các ion Agạ ế ủ ẽ ấ ụ + nên các h t k t t a tích đi n d ng {([AgCl]ạ ế ủ ệ ươ cAgy)}y+ , chúng đ y nhau và các h t k t t a ẩ ạ ế ủ không th k t t a v i nhau đ l n lên và l ng xu ng đ c .Mu n cho AgCl l n lên và ể ế ủ ớ ể ớ ắ ố ượ ố ớ l ng xu ng thì ph i trung hòa b t đi n tích d ng b ng ion NOắ ố ả ớ ệ ươ ằ 3- đ các h t tr nên ể ạ ở trung hòa đi n và có th k t h p v i nhau t c là có th đông t l i và l ng xu ng,dung ệ ể ế ợ ớ ứ ể ụ ạ ắ ố d ch tr nên trong su t.ị ở ố Cũng có th làm đông t keo b ng cách s dung keo khác d u ,ch ng h n nh đ làm ể ụ ằ ử ấ ẳ ạ ư ể đông t keo âm Hụ 2SiO3 ng i ta thêm vào keo d ng nh gelatin.ườ ươ ư Khi r a k t t a keo,ch t đi n phân dùng làm đông t keo b lo i b t m t ph n,k t t a ử ế ủ ấ ệ ụ ị ạ ớ ộ ầ ế ủ có th tr l i tr ng thái keo,hi n t ng này g i là s tái keo.Đ tránh hi n t ng đó khi ể ở ạ ạ ệ ượ ọ ự ể ệ ượ r a k t t a keo th ng ch n dung d ch ch t đi n ly thích h p đ r a k t t a.ử ế ủ ườ ọ ị ấ ệ ợ ể ử ế ủ